Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer Vol. 1, No. 6, Juni 2017, hlm. 492-497
e-ISSN: 2548-964X http://j-ptiik.ub.ac.id
Implementasi Sensor Akselerometer pada Lengan Manusia untuk Mengendalikan Pergelangan Lengan Robot Achmad Rizal Zakaria1, Wijaya Kurniawan2, Dahnial Syauqy2 Program Studi Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email:
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstrak Robot lengan atau yang lebih dikenal dengan Manipulator Robot adalah salah satu jenis robot yang paling banyak digunakan oleh masyarakat industri. Robot lengan umumnya dikontrol menggunakan joystick maupun dengan tombol. Penulis ingin merancang sebuah sistem kontrol robot lengan dengan memanfaatkan sensor akselerometer yang dipadukan dengan mikrokontroller arduino UNO. Robot manipulator akan dikontrol oleh tangan dan lengan manusia sehingga robot dapat mengikuti pergerakan tangan dan lengan. Implementasi perangkat keras mikrokontroller sesuai dengan perancangan rangkaian pada mikrokontroller menggunakan 2 modul sensor akselerometer MPU6050, Arduino Nano, serta kabel sebagai media pengiriman data. Mikrokontroller ini sebagai penerima data dari sensor akselerometer 1 dan 2 yang kemudian akan diolah dan menghasilkan output yang akan berakhir pada robot manipulator. pengujian peletakan sensor yaitu untuk mengetahui nilai dari setiap posisi sensor pada lengan dan untuk mengetahui posisi yang pas untuk meletakkan sensor akselerometer. Pada pengujian ini nilai yang dihasilkan dapat berubah-ubah, saat sensor diletakkan diletakkan dilengan pada jarak 10cm dari bahu yaitu 151⁰-152⁰, 18cm dari bahu 157⁰-158⁰. ini disebabkan karena sensor akselerometer mpu6050 memiliki sensitivitas yang tinggi ketika terpasang pada benda bergerak, nilai sensor dapat berubah dengan cepat meskipun benda tersebut hanya bergerak sedikit.. Kata kunci: Robot manipulator, Sensor akselerometer MPU6050, Arduino nano Abstract Robot arm or commonly known as Robot Manipulator is one types of robot that mostly used by the industrial society. Robot arm is generally controlled by a joystick and button. The inventor wanted to design a robot arm control system using sensors accelerometer combined with microcontroller Arduino UNO. Robot manipulator will be controlled by a human hand and arm so that the robot can follow the movements of the hand and arm. Microcontroller hardware implementation is suitable with the design in the microcontroller which uses 2 modules MPU6050 accelerometer sensor, an Arduino Nano, also cable as a medium for data transmission. This microcontroller as the data receiver from the accelerometer sensor 1 and 2 which then being processed and produced by output that will end on the robot manipulator. Test placing of sensor aims to determine the value of each sensor position on the arm and to know the right position to put the accelerometer sensor. In this test the result value can change, when the sensor is placed on the arm at a distance of 10cm from shoulder is 151⁰-152⁰, 18cm from shoulder 157⁰-158⁰. This is because the accelerometer sensor mpu6050 has high sensitivity when mounted on a moving object, the sensor values can change quickly even though the object is only moving little bit. Keywords: Manipulator robot, Akselerometer sensor MPU6050, Arduinonano
1.
masyarakat industri. Ataupun sering dikatakan sebaliknya sebuah robot manipulator industri umumnya sering disebut sebagai lengan robot, dengan link dan sendi. Manipulator robot yang meniru karakteristik lengan manusia disebut
PENDAHULUAN
Robot lengan atau yang lebih dikenal dengan Manipulator Robot adalah salah satu jenis robot yang paling banyak digunakan oleh Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya
492
Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer
juga lengan diartikulasikan. Semua sendi mereka rotary (atau revolute). Walaupun demikian, gerakan diartikulasikan lengan robot berbeda dari gerakan lengan manusia. Sementara sendi robot memiliki derajat lebih sedikit kebebasan atau disebut derajat kebebasan atau Degree of Freedom (DOF) (Syam, 2015). Mengontrol robot lengan dengan menggunakan sensor akselerometer dapat mempermudah kegiatan manusia di area industri maupun di tempat berbahaya yang sulit dijangkau. Sensor akselerometer MPU6050 merupakan salah satu sensor yang dapat membaca derajat gerakan dari suatu objek. Sensor akselerometer MPU6050 memiliki 3 sumbu gerakan yang dapat digunakan dalam membaca nilai objek. Menggunakan 3 sumbu X, Y, Z dari sensor akselerometer mpu6050 tersebut dapat memberikan nilai pola sudut akibat gravitasi dari setiap gerakan yang dilakukan manusia. Manusia akan dengan mudah mengontrol robot lengan dengan menggunakan tangan dan lengan mereka untuk mengontrol robot tersebut 2. DASAR TEORI 2.1. Robot Lengan Merupakan bagian atau anggota badan robot selain sistem roda atau kaki. Bagian tangan ini dikenal sebagai manipulator yaitu sistem gerak yang berfungsi untuk memanipulasi (memegang, mengambil, mengangkat, memindah, atau mengolah) obyek. Pada robot industri fungsi mengolah ini dapat berupa perputaran (memasang mur-baut, mengebor/drilling, milling, dll. Pada robot manipulator capit memiliki derajat kebebasan terdiri dari 4 DOF yaitu dudukan untuk berputar, lengan sebelah kanan untuk memajukan lengan, lengan sebelah kiri untuk mengangkat lengan dan baian depan untuk mencapit.
493
jalur bus dan harus bergantian menggunakan jalur bus tersebut. Untuk arduino terdapat library tersendiri yang digunakan untuk menangani protokol serial sinkronisasi secara I2C yaitu “Wire.h” (Saptaji, 2015). 2.3 Mikrokontroler Mikrokontroler adalah komputer mikro dalam satu chip tunggal. Mikrokontroler memadukan CPU, ROM, RWM, I/O paralel, I/O seri, counter-timer, dan rangkaian clock dalam satu chip. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroller yang digunakan dalam penelitian ini yaitu Arduino Nano. Arduini Nano adalah board yang menggunakan mikrokontroler Atmega328, board ini memiliki 14 digital I/O, 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB dan tombol reset. Arduino Nano menggunakan koneksi USB sebagai penghubung ke komputer sekaligus sumber tegangan didapatkan dari komputer atau sumber tegangan bisa dari adaptor AC-DC 5volt agar dapat beroperasi.(Arduino, 2016). 2.4 Sensor Akslerometer mpu6050 Sensor Akselerometer merupakan modul sensor yang mempunyai digital output yang dapat diakses melalui komunikasi I2C, memliki konsumsi daya rendah antara 2,375 V ~ 3,46 V. Modul sensor ini memadukan fungsi giroskop dan akselerometer dalam satu sirkit terpadu (IC / integrated circuit). Pada fungsi gyroskop memiliki sumbu X, Y, Z begitupun pada fungsi akselerometer memiliki sumbu X, Y, Z, dengan digabungkannya akselerometer dan giroskop dalam satu sirkut terpadu menyebabkan pendeteksian gerakan menjadi lebih akurat. 3. METODOLOGI
2.2 Komunikasi I2C (Inter Integrated Circuit) I2C yang kepanjangan dari Inter-Integrated Circuit merupakan protokol komunikasi serial sinkron dengan dua kabel yaitu SDA (Serial Data) dan SCL (Serial Clock). SDA merupakan data serialnya dan S CL adalah jalur clock sinkronisasinya. I2C membutuhkan 2 koneksi kabel untuk melakukan komunikasi device. Mesikipun pada perangkat utama tidak bisa berkomunikasi satu sama lain melalui dalam 1 Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
3.1 Analisa Kebutuhan Analisis kebutuhan merupakan tahap yang bertujuan untuk menganalisa semua perangkat yang diperlukan oleh sistem yang dibangun. Baik terkait analisis untuk perangkat lunak dan perangkat keras. Analisa kebutuhan ditujukan untuk melakukan analisis pada beberapa kebutuhan yang diperlukan sistem pada
Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer
penelitian. Analisa kebutuhan pada penelitian ini dibagi menjadi beberapa kebutuhan sebagai berikut. Kebutuhan Fungsional Sistem : a. Fungsi membaca nilai posisi dari tangan dan lengan tangan dengan sensor akselerometer. b. Fungsi mampu mengirim data dari sensor ke mikrokontroller. c. Fungsi mampu mengontrol robot dari sensor akselerometer. Kebutuan Perangkat Keras : a. 1 buah mikrokontroller arduino nano b. 3 buah sensor akselerometer mpu6050 c. 1 buah kabel serial d. 1 unit robot manipulator capit 4DOF e. 2 buah push button Kebutuan Perangkat Lunak : a. Arduino IDE b. Windows 8.1 3.2 Perancangan Desain Sistem Perancangan sistem dilakukan jika semua kebutuhan yang diperlukan oleh sistem sudah didapatkan. Perancangan dilakukan sesuai dengan gambaran umum sistem yang dapat dilihat pada Gambar 1.
494
b. Mikrokontroler sebagai pengolah data nilai pergerakan dari sensor akselerometer yang diletakkan pada tangan dan bahu akan mengirimkan output pada servoservo. Ada 4 servo output pada sistem ini, servo 1 sebagai pencapit, servo 2 sebagai tumpuan gerakan memutar, servo 3 dan 4 sebagai lengan untuk mengarahkan lengan ke depan dan ke atas. 4. IMPLEMENTASI 4.1 Implementasi Perangkat Keras a. Implementasi Perangkat Keras Mikrokontroller
Gambar 2 Implementasi pada mikrokontroller
Berdasarkan perancangan sebelumnya pada gambar 3 merupakan implementasi dari perangkat keras yang digunakan pada implementasi ini yaitu meliputi arduino nano sebagai pengolah data dari sensor dan sensor akselerometer sebagai sensor gerak pada bagian punggung telapak tangan dan lengan. b. Implementasi perangkat keras pengiriman data
Gambar 1. Diagram Blok Sistem
Berdasarkan Gambar 1, perancangan sistem yang dibuat dapat dijelaskan sebagai berikut: 1.
Pada bagian mikrokontroller terdapat beberapa perangkat yaitu a. 2 Sensor akselerometer sebagai input untuk membaca nilai pergerakan pada punggung telapak tangan dan lengan.
Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
Gambar 3 Implementasi pengiriman data
Pada implementasi perangkat keras pengiriman data dari sensor akselerometer dan push button ke mikrokontroller menggunakan
Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer
kabel, kemudian dari mikrokontroller ke robot juga menggunakan kabel. 5. PENGUJIAN
495
berada dibawah. Setelah itu menggerakkan pergelangan tangan dengan memutar kekiri, kekanan, kebawah, dan keatas. Berikut hasil pengujian sensor dan pengiriman data yang tampil pada tabel dibawah ini.
5.1 Pengujian Akurasi Peletakkan Sensor Pengujian dilakukan dengan cara memasang sensor pada lengan. Setelah terpasang lengan diarahkan ke depan dan ke bawah untuk mengetahui nilai pada lengan. Berikut hasil pengujian sensor yang akan tampil pada tabel dibawah ini. Tabel 1 Hasil Akurasi Peletakkan Sensor pada lengan No
Kondisi Lengan
1
Ke depan
Posisi sensor dari bahu 10 cm
Pengujian
2
Ke depan
12 cm
3
Ke depan
14 cm
139,4⁰ 150,6⁰
4
Ke depan
16 cm
154,2⁰
5
Ke depan
18 cm
157,2⁰
6
Ke depan
20 cm
7
Ke depan
22 cm
147,6⁰ 140,6⁰
8
Ke depan
24 cm
139,8⁰
9
Ke depan
26 cm
151,8⁰
Rata-rata 150,8⁰
Tabel 2 Hasil Akurasi Peletakkan Sensor pada Lengan
5.2 Pengujian Sensor dan Pengiriman Data Pengujian sensor dan pengiriman data dimulai dari memasang sensor pada punggung telapak tangan dan ditengah-tengah lengan antara siku dan bahu. Setelah terpasang tangan dan lengan diarahkan kedepan dan menggerakkan sensor pada tangan, untuk posisi normal tangan dikepalkan dan jari kelingking No
Kondisi Lengan
1
Ke bawah
Posisi sensor dari bahu 10 cm
2
Ke bawah
12 cm
93,6⁰
3
Ke bawah
14 cm
94,6⁰
4
Ke bawah
16 cm
95,4⁰
5
Ke bawah
18 cm
94,6⁰
6
Ke bawah
20 cm
96,6⁰
7
Ke bawah
22 cm
101,2⁰
Ke bawah
Rata-rata 96,6⁰
99,8⁰ 24 cm Ke bawah 103,4⁰ 9 26 cm Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya 8
Tabel 3 Hasil Sensor dan Pengiriman Data
No
Kondisi Tangan
Sumb uZ
Sumb uY
Selisih
-
Sudut Servo 90⁰
1
Normal
89⁰
2
Ke kiri
178⁰
-
180⁰
0⁰
3
Ke kanan
0⁰
-
0⁰
0⁰
4
Ke bawah
-
180⁰
180⁰
0⁰
5
Ke atas
-
39⁰
40⁰
1⁰
0⁰
5.3 Pengujian Memindahkan Benda Pengujian memindahkan benda dimulai dengan meletakkan benda didepan robot, setelah itu pergelangan tangan diputar kebawah untuk mendekatkan capit yang terletak pada ujung lengan dengan benda. Kemudian push button 1 ditekan untuk membuka capit setelah mendapatkan benda push button 2 ditekan untuk menutup capit. Kemudian pergalangan tangan diputar keatas untuk menarik lengan, setelah itu pergelangan tangan diputar kekiri ataupun kekanan untuk meletakkan benda. Berikut hasil pengujian memindahkan benda yang tampil pada tabel dibawah ini.
Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer
dengan cepat disebabkan karena nilai sensor mengikuti pergerakan tangan dan lengan.
Tabel 4 Hasil Sensor Setelah Dipasang Pada Paha N o
1
2
3
Posisi Sensor Punggung telapak tangan Punggung telapak tangan Punggung telapak tangan
Kondisi Tangan dan Lengan Normal Memutar Ke kiri Memutar Ke kanan
4
Punggung telapak tangan
Memutar Kebawah
5
Punggung telapak tangan
Ke atas
7
8
9
Punggung telapak tangan dan lengan Menekan tombol push button 1 Menekan tombol push button 2
Lengan ke depan Normal dan push button 1 ditekan Normal dan push button 2 ditekan
Nilai Sensor Kondisi Robot Lengan berdiri normal Lengan bergerak ke kiri Lengan bergerak ke kanan Lengan bergerak ke depan dan ke bawah Lengan bergerak ke posisi normal Lengan dan capit bergerak ke atas
Z
Y
Y1
89⁰
92⁰
156⁰
178⁰
100⁰
148⁰
0⁰
103⁰
144⁰
160⁰
155⁰
91⁰
81⁰
180⁰
91⁰
39⁰
137⁰
155⁰
Capit terbuka
Nilai push button 90⁰
Capit tertutup
Nilai push button 40⁰
6. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perancangan, implementasi, pengujian dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Untuk membaca pergerakan tangan dan lengan dengan menggunakan sensor akselerometer. Sensor menggunakan sumbu Y, Z, Y1 pada sensor akselerometer mpu6050 didapatkan nilai dari masingmasing sumbu untuk menentukan sebuah pergerakan. Dari nilai pergerakan akan diolah oleh mikrokontroller yang kemudian menghasilkan nilai sudut. 2. Tingkat akurasi sensor dipengaruhi oleh peletakkan sensor dan sensitivitas sensor. Ketika sensor diletakkan pada posisi yang memiliki ruang gerak yang luas maka pembacaan sensor akan akan semakin baik, sebaliknya jika sensor diletakkan pada posisi yang memiliki sedikit ruang gerak maka pembacaan sensor akan semakin buruk. Begitu pula pada saat sensor dipasang pada tangan dan lengan, pada saat posisi normal nilai sumbu Z +-90o, sumbu Y +-93o, sumbu Y1 +-157o. Nilai akan mudah berubah-ubah Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
496
3. Merancang sistem kontrol robot manipulator capit dapat dibuat dengan meggunakan sensor akselerometer mpu650 dan arduino nano. sensor akselerometer dapat dengan baik mendeteksi nilai pergerakan menggunakan sumbu x, y, z. Arduino nano yang digunakan memiliki memori yang cukup dan baik unduk mengolah nilai dari pergerakan dan mengubahnya dalam bentuk sudut. Menggunakan 2 buah sensor akselerometer mpu6050 unduk mendeteksi pergerakan tangan dan lengan serta 1 mikrokontroller untuk mengubah nilai dari pergerakan kedalam bentuk sudut. Semua nilai sensor dikirim menggunakan kabel ke mikrontroller, dari mikrontroller nilai sudut menggunakan kabel ke 3 servo dalam robot. Sistem ini juga dilengkapi dengan 2 buah push button untuk membuka dan menutup capit yang terdapat pada ujung lengan robot, nilai yang dihasilkan push button dikirim ke mikrontroller juga menggunakan kabel lalu dari mikrokontroller dikirim ke servo mengunakan kabel. 4. Sebuah objek dapat dipindah dengan menggunakan sistem ini, yaitu dengan cara menggerakkan pergelangan tangan dan lengan tangan. Untuk mengambil benda didepan yaitu dengan cara memutar pergelangan tangan kearah bawah, mengambil benda dikanan dengan memutar pergelangan kekanan, mengambil benda dikiri dengan memutar pergelangan kekiri, dan untuk menarik keatas pergelangan diputar keatas. 7. DAFTAR PUSTAKA RAFIUDIN, S., 2015. Kinematika dan Dinamika Robot Lengan. Makasar: Fakultas Teknik Universitas Hasanudin.GEN, M. & CHENG, R. 2000. Genetic Algorithms and Engineering Optimization. John Wiley & Sons, Inc., New York. SYAIFULLAH, MASYKURI. 2010.Sistem Pengendalian Lengan Robot dengan Interfacing Java Berbasis ATMEGA 8535. Naskah Publikasi STMIK AMIKOM Yogyakarta.
Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer
CRAIG, J.J. 2005. Introduction to Robotics Mechanics and Control. Prentice Hall. United State of America. UCIYAMA, N et al. 2012. Control of a robotic manipulator for catching a falling raw egg to achieve human-robot soft physical interaction, 2015 IEEE International Symposium on. AJIE, 2015. Komunikasi Serial Sinkron I2C dengan Arduino. [Online] Tersedia di: < http://saptaji.com/2015/07/24/komunik asi-serial-sinkron-i2ciictwi-denganarduino/ > [27 November 2016]. Arduino, 2015. Arduino Nano. [Online] Tersedia di:
[Diakses 3 Desember 2016]. Arduino, 2015. MPU6050 Accelerometer. [Online] Tersedia di: [Diakses 3 Desember 2016]. VARSHNEY, A et al. 2014. Manipulator Control Using Human Arm Imitation, Indian Institute of Technology Kanpur. Bhojak, V et al. 2015. Gesture Controlled Mobile Robotic Arm Using Accelerometer, Anand International College of Engineering India. Neto, P et al. 2009. Accelerometer-Based Control of an Industrial Robotic Arm. IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication Japan. Bhuyan, A et al. 2014. Gyro-Accelerometer based control of a robotic. Department of Electrical and Electronic Engineering Bangladesh. Sancheti, A. 2012. Geture Actuated Robotic Arm. University of Pune Pune India.
Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
497
